用于分离和过滤系统的锚定的液体固定相技术方案

各种实施方案包括系统、方法、架构、机构或设备，所述系统、方法、架构、机构或设备被配置为经由锚定的液体滴或锚定的气体滴的阵列分离流体流内的不同尺寸的颗粒或从流体流中过滤颗粒。

Anchored liquid stationary phase for separation and filtration system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离和过滤系统的锚定的液体固定相相关申请的交叉引用本申请要求于2017年5月25日提交的美国临时专利申请第62/511,107号的申请日的权益，该美国临时专利申请的公开内容在此通过引用以其整体并入本文。本公开内容的领域本公开内容总体上涉及作为基于流体的膜的锚定的液体阵列(anchored-liquidarray)，诸如以周期性结构(periodicstructure)布置并被用作固定相和/或过滤介质(filtermedia)的锚定的液体阵列。背景确定性横向位移(DLD)系统被设计成通过迫使不同尺寸的颗粒穿过障碍物的周期性晶格来分离这些颗粒。由于实现高分辨率、无标记物分级(label-freefractionation)的能力，DLD系统已经频繁地被用于分离生物和化学样品，诸如血细胞、癌细胞和来自血细胞的寄生虫。更具体地，DLD障碍物晶格通常包含形成障碍物(柱)的阵列的各种组成的固体材料，该障碍物(柱)的阵列被定位成以一定的施力角(forcingangle)接收颗粒流，所述施力角被选择成实现期望的物质或颗粒分离。流可以通过重力、离心力、电磁场等驱动。虽然有效，但是目前的DLD系统不利地易于堵塞、不可重复使用、不可修改并且通常难以制造。概述现有技术中的各种缺陷通过系统、方法、架构、机构或设备来解决，所述系统、方法、架构、机构或设备被配置为经由锚定的液体滴或锚定的气体滴的阵列从流体中分离不同尺寸的颗粒或从流体中过滤颗粒。在一个实施方案中，颗粒分离/过滤设备被形成为设置在第一表面上的锚定的液体滴或锚定的气体滴的阵列，该第一表面具有用于通过其接收流体流的通道，该阵列通常被形成为经由在第一表面上形成的相应的锚定结构锚定的液体滴或气体滴的行和列并且被配置为用于阻塞流体流的邻近部分，该阵列被定位成以一定的施力角接收流体流，所述施力角被选择成引起流体流内的不同预定尺寸的颗粒的分离。在其他实施方案中，颗粒分离设备可以包括至少一个气体储器通道(gasreservoirchannel)，该气体储器通道被配置为经由在第一表面上形成的锚定结构向锚定结构的相应部分提供加压气体，该加压气体被配置为对周围的流体施加足够的压力以维持锚定的气体滴的阵列。附图简述通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本文的教导，在附图中：图1描绘了根据各种实施方案的锚定的液体阵列的几个视图；图2描绘了对于几种材料的作为施力角的函数的交叉概率(probabilityofcrossing)(Pc)的图形表示；图3描绘了对于几种材料的作为施力角的函数的平均偏移角(averagemigrationangle)的图形表示；图4描绘了作为施力角的函数的交叉概率的图形表示；图5描绘了作为施力角的函数的平均偏移角的图形表示；图6描绘了作为颗粒密度的函数被绘制的颗粒临界偏移的图形表示；图7描绘了根据各种实施方案的适合用于锚定的液体阵列的几种不同的锚定的流体配置的图形表示；图8描绘了用于检查单独的锚定的滴/液体桥元件的结构的实验设置的测试部分；图9描绘了根据各种实施方案的示例性的锚定的流体阵列以及与示例性的锚定的液体阵列相关的操作细节；图10A描绘了在悬浮颗粒通过障碍物的阵列的运动中的第一临界转变的示意性表示；图10B描绘了作为施力角的函数被绘制的颗粒速度的图形表示；图11描绘了锚定的液体滴的聚结实验的实验设置以及这样的液体滴的图像和作为与这样的液体滴相关的时间的函数的桥半径的图；图12图示地示出了用于获得具有适合用于各种实施方案中的孔的周期性阵列的多孔膜的微制造方法；图13描绘了根据实施方案的空气过滤系统的分解的正交视图；图14描绘了根据各种实施方案的示例性原型空气过滤装置；图15描绘了用于检查单独的锚定的气体/气体桥元件的结构的实验设置的测试部分；和图16A和图16B图示地描绘了可用于理解各种实施方案的实验结果。为了便于理解，在可能的情况下，相同的附图标记已经用于表示附图共有的相同元件。详细描述以下描述和附图仅例证了本专利技术的原理。因此，将理解，本领域技术人员将能够设计各种布置，这些布置虽然未在本文中明确地描述或示出，但体现本专利技术的原理并且被包括在本专利技术的范围内。此外，本文叙述的所有实例主要明确地意图仅用于教学目的以帮助读者理解本专利技术的原理和专利技术人为使领域进一步进展而贡献的概念，并且应被解释为不限于这样的具体叙述的实例和条件。此外，如本文使用的术语“或”是指非排他性的，或者除非另有指示(例如，“或其他(orelse)”或者“或在替代方案中”)。此外，本文描述的各种实施方案不一定相互排斥，因为一些实施方案可以与一个或更多个其他实施方案组合以形成新的实施方案。本申请的许多创新性教导将特别参考目前优选的示例性实施方案来描述。然而，应该理解，这类实施方案仅提供了本文的创新性教导的许多有利的用途的几个实例。通常，在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制任何各种要求保护的专利技术。此外，一些陈述可以适用于一些专利技术特征，但不适用于其他特征。本领域技术人员和从本文的教导中获知的人员将认识到，本专利技术也适用于各种其他
或实施方案。现有技术中的各种缺陷通过系统、方法、架构、机构或设备来解决，所述系统、方法、架构、机构或设备使用锚定的流体阵列来产生基于流体的膜和固定相，用于跨越多个长度尺度并影响宽范围的应用的新一代过滤和分离装置。各种应用包括不同规模的应用，从微流体DLD装置中的标准生物分离(微尺度)，到空气携带的颗粒物质(airborneparticulatematter)的过滤(微尺度/介观尺度(mesoscale))，到废水处理和油水分离(介观尺度)。在各种实施方案中，以周期性结构布置的锚定的液体被用作固定相和/或过滤介质。特别地，各种实施方案在许多应用中找到用途，包括：微流体中悬浮颗粒的分离(不混溶的液-液界面)；空气中颗粒物质的过滤(液体-空气界面，将空气污染物捕集(trap)在液体中)-由于惯性效应和非流体动力学相互作用的结合，空气流过锚定的桥的阵列并且颗粒物质将被捕集在水柱中；被污染的水(油-水界面)的清洁等。颗粒可以是有机的或无机的。颗粒本质上可以是生物的，其包括哺乳动物细胞、植物细胞、细菌、真菌、孢子、病毒、寄生虫和其他微生物、细胞器、核酸、肽、蛋白质、脂质。颗粒分离设备和颗粒过滤设备可以被用于分离这些各种生物颗粒或从流体流中过滤出由这些生物颗粒构成的污染物。各种实施方案预期使用浸没在不混溶的连续相中的锚定的液体阵列来提供毫米尺度、微米尺度和纳米尺度的分离/过滤。各种实施方案在微流体悬浮物质/颗粒的分离、空气中的颗粒物质的过滤、被污染的水的清洁等的情况中找到用途。各种实施方案预期分离/过滤用于捕获对液-液界面或液体-空气界面具有亲和力的颗粒。这些基于液体的固定相可以例证性地被用作：(i)确定性横向位移分离装置，其使用锚定的液体桥而不是固体支柱用于在一定范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒过滤设备，包括：/n被设置在第一表面上的锚定的流体滴的阵列，所述第一表面具有用于通过其接收流体流的通道，所述阵列通常被形成为经由在所述第一表面上形成的相应锚定结构锚定的流体滴的行和列并且被配置为用于阻塞所述流体流的邻近部分，所述阵列被定位成以一定的施力角接收所述流体流，所述施力角被选择成使在流体-滴界面处从所述流体流中捕集预定尺寸的颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170525 US 62/511,1071.一种颗粒过滤设备，包括：
被设置在第一表面上的锚定的流体滴的阵列，所述第一表面具有用于通过其接收流体流的通道，所述阵列通常被形成为经由在所述第一表面上形成的相应锚定结构锚定的流体滴的行和列并且被配置为用于阻塞所述流体流的邻近部分，所述阵列被定位成以一定的施力角接收所述流体流，所述施力角被选择成使在流体-滴界面处从所述流体流中捕集预定尺寸的颗粒。


2.如权利要求1所述的设备，其中所述锚定的流体滴包括锚定的液体滴。


3.如权利要求1所述的设备，其中所述锚定的流体滴包括锚定的气体滴。


4.如权利要求2所述的设备，其中所述流体流-流体滴界面包括空气-液体界面，并且所捕集的颗粒包括空气流中的污染物。


5.如权利要求2所述的设备，其中所述流体流-流体滴界面包括水-油界面，并且所捕集的颗粒包括水流中的油污染物。


6.如权利要求1所述的设备，其中所述流体流-流体滴界面包括不混溶的液-液界面，并且所捕集的颗粒包括液体流中的污染物。


7.如权利要求3所述的设备，还包括至少一个气体储器通道，所述气体储器通道被配置为向在所述第一表面上形成的所述锚定结构的相应部分提供加压气体，所述加压气体被配置为对围绕所述气体滴的流体施加足够的压力以维持所述锚定的气体滴的阵列。


8.如权利要求1所述的设备，其中所述捕集包括在被迫使通过所述流体-滴界面的锚定的流体滴颗粒内捕集。


9.如权利要求2所述的设备，其中所述锚定的液体滴的阵列被设置在所述第一表面和第二表面之间，所述第一表面和所述第二表面在其间界定所述通道。


10.如权利要求9所述的设备，其中所述锚定结构中的每个与所述液体的储器相关联。


11.如权利要求9所述的设备，其中所述锚定的液体滴在所述第一表面和所述第二表面之间形成相应的液体桥。


12.如权利要求10所述的设备，其中所述液体相对于所述第一表面和所述第二表面呈现出润湿性，所述第一表面和所述第二表面被选择成使所述液体桥包括基本上圆柱形的柱。


13.如权利要求10所述的设备，其中：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰曼·德拉泽，谢哈布·索贾扎德，
申请(专利权)人：新泽西州立拉特格斯大学，
类型：发明
国别省市：美国;US